고려해야 할 금속 스탬핑의 장단점
자동차나 가전제품의 금속 부품이 어떻게 만들어지는지 궁금한 적이 있나요? 금형을 사용하여 금속판을 성형하는 공정인 금속 스탬핑이 핵심입니다. 이 방법은 높은...
금속 스탬핑의 매혹적인 세계에 대해 궁금한 적이 있나요? 이 블로그 게시물에서는 이 필수적인 제조 공정의 복잡성을 탐구하는 흥미로운 여정을 시작하겠습니다. 숙련된 기계 엔지니어인 제가 핵심 개념을 안내하고 귀중한 인사이트와 실제 사례를 공유해 드리겠습니다. 금속 스탬핑이 우리의 일상을 어떻게 변화시키는지 알아보고 놀라운 효율성과 다용도성 뒤에 숨겨진 비밀을 알아보세요.
금속 스탬핑은 기계적인 힘을 이용해 평평한 금속판을 특정 모양으로 변형하는 대량 제조 공정입니다. 이 다목적 기술은 자동차, 항공우주, 전자, 소비재 생산 등 다양한 산업에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이 공정에는 몇 가지 주요 구성 요소와 단계가 포함됩니다:
스탬핑이란 무엇인가요?
프레스라고도 하는 스탬핑은 특수 도구와 장비를 사용하여 평평한 판금 또는 비금속 소재를 특정 모양으로 성형하는 제조 공정입니다. 이 공정은 일반적으로 실온에서 이루어지기 때문에 냉간 성형 기법으로 구분됩니다. 스탬핑의 정의는 다음과 같이 표현할 수 있습니다:
상온에서 금속(또는 비금속) 시트는 다음을 사용하여 제어된 힘을 받습니다. 스탬핑 프레스 정밀하게 설계된 다이를 사용합니다. 이 작업은 재료 분리 또는 소성 변형을 유도하여 미리 정해진 모양, 치수 및 기계적 특성을 가진 부품을 생성합니다.
스탬핑 프로세스의 주요 측면은 다음과 같습니다:
온도: 스탬핑은 주로 실온에서 수행되므로 냉간 가공 공정으로 분류됩니다. 따라서 가열할 필요가 없으므로 에너지 효율과 자재 취급이 향상됩니다.
원재료: 스탬핑의 주요 공작물은 판재, 일반적으로 금속이므로 "판금 스탬핑"이라는 다른 용어로도 불립니다. 일반적인 재료로는 강철, 알루미늄, 황동 및 다양한 합금이 있습니다.
장비 및 툴링: 스탬핑에는 세 가지 필수 구성 요소가 필요합니다:
변형 메커니즘: 스탬핑은 재료가 항복점을 넘어 최종 인장 강도 이하로 응력을 받는 소성 변형에 의존합니다. 이를 통해 재료 고장 없이 영구적인 형태 변경이 가능합니다.
다목적성: 스탬핑은 블랭킹, 피어싱, 벤딩, 딥 드로잉 등 다양한 작업을 통해 간단한 평면 와셔부터 복잡한 자동차 차체 패널까지 다양한 부품을 생산할 수 있습니다.
생산 효율성: 스탬핑은 특히 대량 생산에 적합하며, 적절한 툴링 및 작동 시 빠른 사이클 타임과 일관된 부품 품질을 제공합니다.
금속 스탬핑 특성 및 응용 분야:
(1) 간소화된 운영으로 생산성이 높아져 원활한 기계화 및 자동화 통합이 용이합니다.
(2) 뛰어난 치수 정확도와 부품 간 일관성이 뛰어나 최적의 호환성을 보장합니다.
(3) 일반적으로 70%에서 85%에 이르는 인상적인 재료 사용률, 일부 고급 공정에서는 최대 95%의 효율을 달성합니다.
(4) 복잡한 피처가 있는 얇은 벽의 딥 드로잉 부품과 같이 기존 가공 방법으로는 어렵거나 불가능한 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다.
(5) 중량 대비 강성 비율이 우수하고 구조적 무결성이 높은 경량 부품을 생산할 수 있습니다.
(6) 냉간 성형 공정으로 가열할 필요가 없으므로 에너지가 절약되고 표면 마감 품질이 우수합니다.
(7) 대량 생산 시나리오에서 단위당 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
이러한 특성으로 인해 금속 스탬핑은 다른 금속 가공 방법과 비교할 수 없는 방식으로 고품질, 효율성, 에너지 절약 및 비용 효율성을 결합한 독보적인 다목적 제조 공정으로 자리매김했습니다.
따라서 금속 스탬핑은 다양한 산업 분야에서 광범위하게 활용되고 있습니다. 자동차 및 농기계 부문에서 스탬핑 부품은 60% ~ 70%의 부품을 구성합니다. 마찬가지로 계측 및 계량 산업에서도 60%~70%의 부품에 스탬핑을 사용합니다. 이 공정은 다양한 스테인리스 스틸 주방용품과 일상용품을 생산하는 데에도 똑같이 널리 사용됩니다.
금속 스탬핑은 소형 전자 부품과 정밀 기기 포인터부터 대형 자동차 차체 패널과 구조용 빔에 이르기까지 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 항공우주 산업에서도 항공기 스킨과 같은 핵심 부품은 고급 스탬핑 기술을 사용하여 제조됩니다. 이러한 폭넓은 적용 범위는 여러 분야에 걸쳐 다양한 규모와 복잡성 요구 사항에 대한 공정의 적응성을 보여줍니다.
스탬핑의 단점
금형 제조 주기가 길고 비용이 많이 듭니다. 전통적인 가공 방법과 수단 및 전통적인 금형 재료를 사용하기 때문에
그러나 첨단 금형 가공 기술과 비전통적인 금형 재료의 등장으로 이러한 단점은 점차 극복할 수 있습니다.
예를 들면 다음과 같습니다:
요컨대 금형 산업은 국가의 기간 산업이며, 금형 설계 및 금형 제조 수준은 한 국가의 제품 제조 수준을 가늠하는 척도가 되고 있습니다.
선진국에서는 금형 개발을 매우 중요하게 생각합니다.
일본은 "곰팡이가 부유한 사회로 진입하는 원동력"이라고 믿습니다;
독일: "금속 가공 산업의 황제";
루마니아: "금형은 골든 터치"; 국제 경기장 산업에서 금형은 돌로 간주됩니다.
그러나 여기에는 몰드도 포함됩니다, 단조 다이다이캐스팅 금형, 고무 금형, 식품 금형, 건축 자재 금형 등 다양한 금형이 있지만 현재는 냉간 금형과 플라스틱 금형이 가장 널리 사용되며 각각 약 40%를 차지합니다.
(1) 분리 프로세스
스탬핑하는 동안 가공할 재료는 외력에 의해 변형됩니다.
변형 영역에서 재료의 전단 응력이 재료의 전단 강도에 도달하면 재료가 전단되고 분리되어 특정 모양과 크기의 부품을 형성합니다.
분리 프로세스에는 주로 절단, 펀칭이 포함됩니다, 블랭킹노칭, 슬라이싱 등
분리 프로세스는 다음과 같습니다:
분리는 발생하지만 공간의 모양은 변경되지 않습니다.
표 1-1 분리 프로세스
（2）금속 성형 프로세스
스탬핑 중에 외력의 작용을 받는 재료는 변형 영역에서 재료의 등가 응력이 재료의 항복 한계 σs에 도달하지만 강도 한계 σb에 도달하지 않으므로 재료가 소성 변형되어 특정 모양과 크기의 부품을 얻습니다.
성형 공정에는 주로 굽힘, 딥 드로잉, 회전, 수축, 부풀리기 등이 포함됩니다.
성형 과정은 다음과 같습니다:
블랭크의 모양만 변경할 뿐, 분리되지 않습니다.
표 1-2 성형 프로세스
시트에 스탬프를 찍기 위한 기본 요구 사항
성능 요구 사항을 충족하는 것이 첫 번째이며, 성능 요구 사항을 충족하면서 스탬핑 프로세스 요구 사항을 최대한 충족합니다.
1.3.1 스탬핑 재료에 대한 프로세스 요구 사항
1. 스탬핑 성형 성능
스탬핑 성형 성능은 시트가 스탬핑 공정에 적응하는 능력을 말합니다.
두 가지 종류의 불안정성:
전자는 저탄소강 인장 시험에서 목이 꺾이는 현상과 같고 후자는 압력 바의 불안정성 현상입니다.
따라서 전체 성형 한계와 국부 성형 한계로 구분되는 성형 한계가 있습니다. 성형 한계가 높을수록 프레스 성형 성능이 향상됩니다.
시트의 스탬핑 성형 성능을 측정하는 방법은 무엇입니까?
(1) 내균열성은 시트가 변형되는 동안 손상에 저항하는 능력을 말합니다.
(2) 접착성은 프레스 성형 공정 중에 시트가 금형 모양을 따르는 능력을 말합니다.
(3) 성형성은 부품이 탈형 후 금형에서 그 형태를 유지하는 능력을 말합니다.
시트의 스탬핑 성형 특성은 시트의 기계적 특성으로 측정할 수 있습니다. 기계적 특성은 실험을 통해 얻을 수 있습니다.
판금 성형 성능 테스트 방법:
(1) 직접 테스트 방법
콘 컵 테스트(GB/T 15825.6-2008)
(2) 간접 테스트 방법
저탄소강 등의 인장 시험 등
프레스 성형 특성에 영향을 미치는 기계적 지표
(1) 총 연신율 δ 및 균일한 연신율 δb
δ가 좋음 → 큰 소성 변형 허용
(2) 수율 비율 σs /σb
σs/σb가 작음 → 우수한 내균열성, 형상 고정성 및 성형성 우수
(3) 탄성 계수 E
큰 탄성 계수 E → 좋은 모양
(4) 경화 지수 n
n이 크다 → 깨기 쉽지 않음
(5) 플라스틱 변형률 γ
γ = εb /εt가 크다 → 균열에 대한 내성이 우수합니다.
(6) 플라스틱 변형률 비등방성 계수
Δγ =(γ0 +γ90 - 2γ45)/2가 클수록 → 이방성이 커집니다.
1.3.2 일반적인 스탬핑 재료 및 절단 방법
A. 일반적인 스탬핑 재료
관련 읽기: 철과 비철 금속
금속 시트 사양: 스틸 스트립, 강판, 슬릿 스틸 스트립 등
강판 및 스트립의 크기 범위(GB/T708-2006)
1) 명목상 강판의 두께 강판과 강철 스트립(슬리팅 강판 포함)은 0.3mm에서 4.0mm 사이이며, 공칭 두께가 1mm 미만인 강판과 강철은 0.05mm의 배수로 모든 크기가 가능하며, 공칭 두께는 1mm 이상입니다. 강판과 강철은 0.1mm의 배수로 모든 크기를 사용할 수 있습니다.
2) 강판 및 스틸 스트립의 공칭 폭은 600mm에서 2050mm 사이이며, 10mm의 배수로 모든 크기가 있습니다.
3) 강판의 공칭 길이는 1000mm에서 6000mm 사이이며 50의 배수인 모든 크기입니다.
4) 구매자의 요구 사항에 따라 공급자와 구매자 간의 협의를 통해 다른 크기의 강판 및 스트립을 공급할 수 있습니다.
(1) 전단 기계 절단
(2) 디스크 전단
(3) 기타 절단 방법
스탬핑 장비의 선택 원칙:
스탬핑 장비 유형: 스탬핑 장비
크랭크 프레스의 작동 원리 및 주요 구성 요소
(1) 작동 메커니즘
크랭크 및 링크 메커니즘: 크랭크 링크 메커니즘은 크랭크 샤프트, 커넥팅 로드 및 슬라이더로 구성됩니다. 커넥팅로드의 길이는 다양한 크기의 금형에 맞게 조정할 수 있습니다.
(2) 전송 시스템
모터, 벨트, 플라이휠, 기어 등
(3) 운영 체제
공기 분배 시스템, 클러치, 브레이크, 전기 제어 박스 등
(4) 지원 부품
본체: 개방형, 폐쇄형
(5) 보조 시스템
공압 시스템, 윤활 시스템
(6) 첨부 파일
프레스 모델 및 기술 파라미터
(1) 모델
1) 단조 기계 유형:
2) 크랭크 프레스 코드 설명 JB23-63A
(2) 기술적 매개변수
재료마다 동일한 변형 조건에서 다른 가소성을 가지며, 동일한 재료라도 변형 조건에 따라 다른 가소성을 갖습니다.
3가지 주요 변형 상태:
9가지 주요 스트레스 상태:
이제 현대 제조에서 각각 중요한 역할을 하는 다음 네 가지 기본 금속 스탬핑 공정에 대해 자세히 알아보겠습니다:
블랭킹은 평평한 금속 조각을 더 큰 판재에서 분리하는 정밀 절단 작업입니다. 이 공정에서는 다이와 펀치를 사용하여 2차원 모양을 만들며, 종종 후속 성형 작업의 초기 단계로 사용됩니다. 블랭크라고 하는 결과물은 최종 제품이 되거나 추가 가공을 거칠 수 있습니다.
벤딩은 직선을 따라 금속을 소성 변형시켜 각진 모양, U자 모양 또는 V자 모양을 만드는 작업입니다. 이 공정에는 에어 벤딩, 바텀링, 코이닝과 같은 다양한 기술이 사용되며, 각각 다른 수준의 정밀도와 힘 제어를 제공합니다. 벤딩 방법의 선택은 재료 특성, 원하는 벤딩 각도, 생산량 등의 요인에 따라 달라집니다.
딥 드로잉은 평평한 금속 블랭크를 속이 빈 입체적인 모양으로 변형하는 복잡한 성형 공정입니다. 이 기술은 자동차 차체 패널, 음료수 캔, 주방 싱크대와 같은 제품을 제조하는 데 널리 사용됩니다. 이 공정에는 펀치를 사용하여 재료를 다이 캐비티에 끌어들이는 과정이 포함되며, 복잡한 모양을 위해 여러 단계가 필요한 경우가 많습니다. 재료 흐름, 윤활, 금형 설계를 신중하게 고려해야 주름이나 찢어짐과 같은 결함을 방지할 수 있습니다.
성형은 금속의 두께를 크게 변경하지 않고 모양을 만드는 다양한 작업을 포함합니다. 여기에는 엠보싱, 코이닝, 스트레칭과 같은 공정이 포함됩니다. 성형 작업은 복잡한 형상을 만들거나 구조적 강성을 추가하거나 공작물에 장식적인 특징을 부여할 수 있습니다. 하이드로포밍 및 고무 패드 성형과 같은 고급 기술을 사용하면 재료 분포와 표면 마감을 개선하여 복잡한 모양을 만들 수 있습니다.
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MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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